优质细菌纳米纤维素的规模化高效生产关键技术研究

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1、学校代码：10255学号：1142072东华大学博士学位论文优质细菌纳米纤维素的规模化高效生产关键技术研究CRITICALTECHNOLOGYFOREFFICIENTPRODUCTIONOFHIGH-QUALITYBACTERIALNANOCELLULOSEINLARGESCALE作者姓名：陈根强导师姓名：王炜教授洪枫研究员专业名称：纺织科学与工程答辩日期：2018年10月30日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明

2、确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论

3、文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日优质细菌纳米纤维素的规模化高效生产关键技术研究优质细菌纳米纤维素的规模化高效生产关键技术研究摘要细菌纳米纤维素（Bacterialnanocellulose，BNC）是一种主要由木葡糖醋杆菌合成的具有高附加值的生物基高分子材料。它具有独特的结构与优异的性质，在纺织等众多行业领域具有巨大应用潜力。如能有效降低BNC的生产价格，相关产品将有望进入人们的日常生活及众多工业领域。但是，现今BNC过高的价格限制了其广泛应用。过高价格主要与以下几个因素有关：生产原料（

4、主要是碳源）价格高、生产规模小、劳动强度高、以及BNC产率/得率低下。此外，现有工厂通过静置培养生产的BNC质量参差不齐且不易调控，这也限制了其作为材料的应用。为了解决BNC价格过高及结构性质难调控的问题，本论文围绕优质BNC的规模化高效生产关键技术从以下三个方面开展研究：开发以农业废弃物甜高粱秆为原料生产优质BNC的技术以解决工业规模制备时原料成本问题；研究发酵过程工艺以获得提升BNC产量及结构性质的调控规律；研究絮状及膜状BNC材料的中试规模培养过程放大，以促进BNC的生产。1.开发离子液体预处理甜高粱秆（Sweetsor

5、ghumbagasse，SSB）以用于BNC生产的技术并研究相关过程机理。（1）探讨了六种可高效溶解纤维素的离子液体（Ionicliquid，IL）的预处理对促纤维素酶解糖化效果及对纤维素酶和BNC生产的抑制性。结果发现1-乙基-3-甲基咪唑甲酸盐（1-ethyl-3-methylimidazoliumformate，[EMIM]Fmt）能高效溶解纤维素且能最好地促进棉纤维及SSB的酶解糖化。经[EMIM]Fmt预处理及再生后的SSB的糖化效率比处理前可提升7.5倍以上，且经该IL预处理SSB的水解液制备的BNC的产率/得率在

6、所有离子液体中最高。（2）比较分析[EMIM]Fmt与稀酸预处理对SSB结构及糖化的影响。经[EMIM]Fmt预处理及加水再生后，SSB成份变化较小，但是其表面变得絮状化，结晶度降低，比表面积、孔隙度及孔径都得到很大提升；[EMIM]Fmt预处理促糖化效果显著优于稀酸预处理。（3）比较了不同SSB水解液制备BNC的过程及相应BNC的结构性质。由[EMIM]Fmt预处理及再生的SSB的水解液制备的BNC的产率和得率均高于稀酸预处理。I优质细菌纳米纤维素的规模化高效生产关键技术研究IL预处理SSB的水解液产的BNC的粘均聚合度（A

7、verageviscometricdegreeofpolymerization，DPv）、结晶度、热稳定性、含水率略低于稀酸预处理SSB的水解液产的BNC，但杨氏模量为稀酸预处理的水解液产的BNC的1.3倍。通过以上研究为用低成本原料SSB制备优质BNC提供了一种有效的工艺，也为将来大规模生产提供了一条新的原料制备路线。2.探究各关键发酵因素对BNC产量及结构性质的影响规律。（1）评价了七种源自生物质资源的糖类对BNC生产的影响。葡萄糖或麦芽糖合成的BNC具有最高的产率/得率、DPv和热稳定性。由木糖、甘露糖及半乳糖制备的BN

8、C则具有更大的纤维直径及结晶度。含五种单糖的混合糖能提高BNC产率/得率，但会导致BNC纤维直径、DPv、结晶度及热稳定性降低。（2）通过评价四株菌种及两种培养方式发现在摇床动态培养（100rpm）时，菌种DHU-ATCC-1具有最高的产率[1.14g/(L×d)]；而在静置